Comment combiner l’impression 3D métal et le moulage par injection de moules ?

一, L'idée principale derrière l'intégration technologique est de passer de la « substitution » à la « complémentarité ».
L’impression 3D métal et le moulage par injection ne sont pas seulement deux technologies qui fonctionnent ensemble ; il s'agit d'un mélange de « fabrication additive » et de « traitement soustractif » qui travaillent ensemble pour améliorer l'efficacité et la fonctionnalité. Les trois éléments suivants montrent sa logique principale :
Un grand pas en avant dans la liberté de conception
Les moules d'injection conventionnels sont limités par les méthodes de traitement, et des conceptions complexes telles que des canaux d'eau de refroidissement conformes et des nervures de renforcement internes nécessitent des processus de production et d'assemblage distincts, ce qui entraîne des prix élevés et des cycles prolongés. La technique LPBF peut imprimer directement des structures complexes intégrées en faisant fondre de la poudre métallique une couche à la fois. Par exemple, la technologie laser a créé le procédé en acier respirant de troisième-génération, qui peut créer des structures respirantes multi-directionnelles avec une ouverture de 0,04 mm dans les moules. Cela résout le problème des inserts en acier respirants typiques qui ne permettent pas à l'air de s'échapper.
Trouver le bon équilibre entre coût et efficacité
L'achat d'équipement pour l'impression 3D métal coûte cher, mais cela peut contribuer à réduire le gaspillage de matériaux (avec un taux d'utilisation des matériaux de plus de 90 %). Les entreprises peuvent utiliser l’impression 3D pour fabriquer les éléments fonctionnels essentiels des moules (tels que les inserts de refroidissement conformes) et le traitement traditionnel pour créer des structures périphériques. Cela réduit considérablement les coûts. Par exemple, B&J Specialty utilise la ProX DMP 300 de 3D Systems pour imprimer des inserts de moules pour pipelines automobiles. Cela réduit le temps du cycle de refroidissement de 1 minute à 40 secondes, augmente l'efficacité de la production de 30 % et prolonge la durée de vie du moule de 25 %.
Changements rapides et préparation des choses sur commande
L'impression 3D métal permet de créer rapidement des prototypes de moules à des fins de test et de vérification pendant la phase de développement du produit. Cela réduit le coût des modifications répétées de la conception. Par exemple, une entreprise qui fabrique des appareils électroménagers utilise la technologie LPBF pour fabriquer des blocs de modèles de moulage par injection pour les coques de climatisation. Cela réduit le cycle traditionnel de 12 processus et 45 jours à 12 jours et réduit les erreurs d'assemblage de 0,1 mm à 0,02 mm, ce qui prolonge la durée de vie du moule de 200 000 fois.
2, Cas d'utilisation courants : de l'amélioration des fonctionnalités à la mise à niveau de l'industrie
1. Un système de refroidissement flexible est le meilleur moyen de résoudre les problèmes liés au moulage par injection.
La plupart du temps, le circuit d'eau de refroidissement dans les moules à injection typiques est droit, ce qui rend difficile l'adaptation à la surface du produit. Cela provoque un refroidissement irrégulier et une déformation du produit. La technologie LPBF permet de créer un canal conforme qui épouse parfaitement la forme de l'objet, ce qui le refroidit uniformément. Par exemple:
Moule de pipeline automobile : à l'aide du logiciel Cimatron, B&J Specialty a construit un circuit d'eau de refroidissement conforme qui a abaissé la température du moule de 132 à 18 degrés Celsius, réduit le taux de retrait du produit de 67 % et augmenté le rendement à 98 %.
Une entreprise de dentisterie fabrique des moules d'appareils orthodontiques invisibles à l'aide de la technologie LPBF μ -, qui a une précision d'impression de 2 à 5 μ m. La conception d'optimisation de la topologie améliore l'homogénéité de la répartition des forces orthodontiques de 40 % et augmente le taux d'adaptation du patient de 85 % à 98 %.
2. Pour résoudre le problème des gaz piégés, la structure respirante et le corps du moule doivent s'emboîter parfaitement.
Si le gaz à l’intérieur de la cavité du moule n’est pas libéré assez rapidement pendant le processus de moulage par injection, cela peut entraîner des problèmes, notamment des bulles de produit et une mauvaise fusion. La méthode classique consiste à mettre de l'acier respirant dans le moule, mais elle ne fonctionne pas aussi bien lorsque la structure est compliquée. La technologie LPBF peut imprimer des couches poreuses et respirantes directement sur le corps du moule. Par exemple:
Moule de formage assisté par gaz : une entreprise spécifique utilise le LPBF pour imprimer des noyaux de moule, crée une couche poreuse au bas de la plaque nervurée et intègre une tige de ventilation avec une couche supérieure poreuse. Le gaz pousse vers le bas sur la plaque nervurée et sur le dessus de la tige de ventilation pendant le moulage par injection. Cela pousse le produit vers la surface de la cavité, ce qui élimine les contraintes internes et arrête les lignes de retrait sur la surface.
Moules électroniques de haute précision : un fabricant de moules de produits 3C fabrique des moules pour cadres de téléphones portables en utilisant LPBF. Les moules ont une structure respirante avec une ouverture de 0,04 mm dans la zone d'échappement, ce qui réduit la pression d'injection de 30 % et prolonge la durée de vie du moule de 40 %.
3. Intégration légère et fonctionnelle : des "composants structurels" aux "modules intelligents". La technologie LPBF prend en charge une conception légère telle que le remplissage et la structure du treillis, et peut intégrer des modules fonctionnels tels que des capteurs et des éléments chauffants.. 3. Intégration légère et fonctionnelle : des "composants structurels" aux "modules intelligents" À titre d'exemple :
Une entreprise particulière utilise un support en alliage d'aluminium fabriqué par LPBF pour sa batterie de véhicule à énergie nouvelle. Le support est 38 % plus léger grâce à sa structure en treillis et réussit un test de surcharge de 150 %, ce qui augmente la portée de 8 %.
Système de moule intelligent : une entreprise médicale installe des capteurs de température dans des moules imprimés LPBF-afin de pouvoir surveiller la température du circuit d'eau de refroidissement en temps réel. Les algorithmes d’IA modifient les paramètres d’injection à la volée pour rendre le produit 50 % plus cohérent.
3, Problèmes technologiques et tendances pour l'avenir : de la « percée en un seul point » à la « restructuration écologique »
1. Problèmes actuels : matériaux, précision et post-traitement
Certaines poudres métalliques, notamment les alliages de cuivre à forte conductivité thermique, doivent encore être optimisées pour l'impression afin que la densité et le coût soient équilibrés.
Qualité et précision de la surface : les moules imprimés LPBF nécessitent un usinage de précision CNC ou un grenaillage pour répondre à la rugosité de la surface (Ra<0.8 μ m) criteria for injection moulding.
Intégration de plusieurs matériaux : LPBF ne prend désormais en charge l'impression qu'avec un seul matériau à la fois. Cependant, les moules nécessitent généralement des constructions composites faites de différents matériaux, comme l'acier à haute -dureté et le cuivre à haute-conductivité thermique-.
2. Tendances futures : fusion des technologies et restructuration de l’environnement
Des outils hybrides pour fabriquer des objets : la technologie AXIOM combine des buses d'impression 3D et des fraises CNC pour fournir un traitement intégré « additif soustractif ». Cela réduit la taille et le coût de l'équipement nécessaire pour effectuer le travail.
Optimisation intelligente des processus : LPBF peut anticiper les contraintes et déformations résiduelles en temps réel en combinant des modèles de couplage thermomécanique avec des méthodes d'apprentissage automatique. Par exemple, le modèle par éléments finis d'Autodesk maintient la différence de performance en traction radiale et circonférentielle des aubes de turbine en alliage de titane à moins de 5 % et les fait durer 30 % plus longtemps.
Fabrication verte et économie circulaire : LPBF recycle plus de 85 % de sa poudre et ne rejette aucun liquide de coupe, ce qui lui permet de respecter les réglementations de fabrication verte, y compris le « tarif carbone » de l'UE. Une entreprise a réduit de 20 % le coût d'un seul ensemble de matériaux de moulage en recyclant la poudre qui n'avait pas encore fondu et en la criblant.